周勇

摘要：物理是高中課程體系的重要組成部分，同樣也是引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)知客觀事物規(guī)律的關(guān)鍵學(xué)科.因此在開展物理教學(xué)過程中，高中教師需要重點(diǎn)加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生基于物理視角來對(duì)現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象進(jìn)行描述，從而順利落實(shí)核心素養(yǎng)育人目標(biāo)，并助力學(xué)生的學(xué)習(xí)水平獲得有效提升.基于此，本文對(duì)高中物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)展開了深入研究.

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)思維；培養(yǎng)措施；行為引領(lǐng)

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）12-0101-03

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將物理學(xué)科核心素養(yǎng)整體劃分為四大維度，分別是物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中，科學(xué)思維是強(qiáng)調(diào)學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)知事物內(nèi)在規(guī)律、本質(zhì)屬性與相互聯(lián)系的一種思維模式，并通過建模、推理、論證以及大膽質(zhì)疑等多種途徑把握其中內(nèi)涵.因此，高中教師需要改變以往單向灌輸式的教學(xué)模式，同時(shí)借助科學(xué)的引導(dǎo)手段促使學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐.如此才能夠幫助學(xué)生積累豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)思維培養(yǎng)目標(biāo).

1 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的主要內(nèi)容

科學(xué)思維能力的培養(yǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)且持續(xù)的過程，教師不僅僅是要改變學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，同時(shí)還需要幫助學(xué)生掌握探索世界的正確方法，使學(xué)生能夠從不同角度看待事物發(fā)展規(guī)律，并將其應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)問題的過程當(dāng)中.

為此在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師需要重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生的以下能力.

1.1 建模能力

建模能力主要是指學(xué)生對(duì)物理模型的建構(gòu)能力，從本質(zhì)來講可以將其理解為學(xué)生對(duì)抽象物理概念的轉(zhuǎn)化能力，通過建立物理與現(xiàn)實(shí)事物之間的聯(lián)系，從而運(yùn)用學(xué)科規(guī)律對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行描述.具體而言，教師需要引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題進(jìn)行抽象化處理，使用物理符號(hào)、公式以及概念去對(duì)其進(jìn)行表征，以此借助科學(xué)的方法探索事物本質(zhì)原理，并促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)水平的全面提升.

以學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中熟悉的“過山車”為例，當(dāng)學(xué)生在觀看坐滿游客的娛樂設(shè)施從軌道上呼嘯而過時(shí)，要求學(xué)生不能僅僅從表面的“電能”“機(jī)械結(jié)構(gòu)”等方面對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行說明，而是能夠通過建構(gòu)物理模型，并提取一些關(guān)鍵的物理參數(shù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理做出分析.

1.2 科學(xué)推理能力

科學(xué)推理是塑造學(xué)生良好思維能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體是要求學(xué)生能夠從已經(jīng)線索入手，運(yùn)用有限的條件參數(shù)去推理事物的客觀規(guī)律，并通過提出猜想、觀察分析、還原模擬以及對(duì)比參照等方式對(duì)物理現(xiàn)象做出準(zhǔn)確描述，從而獲得科學(xué)的物理結(jié)論.通過科學(xué)推理能力的培養(yǎng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從更多角度看待事物之間的關(guān)聯(lián)線索，根據(jù)自身需求尋找相應(yīng)的推理論據(jù).由此能夠促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的快速發(fā)展，同時(shí)改變對(duì)事物現(xiàn)象的觀點(diǎn)態(tài)度[1].

以人教版高一物理必修第一冊(cè)“自由落體運(yùn)動(dòng)”一課為例，本章節(jié)中教師需要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知物體在自由落體中處于不斷加速狀態(tài)，以便于能夠順利銜接前后知識(shí)結(jié)構(gòu)，并促使學(xué)生最終把握自由落體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律.為此在教學(xué)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作、采集數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律等多種方式，對(duì)不同物體在相同時(shí)間內(nèi)自由落體的間隔距離進(jìn)行對(duì)比，以此推理準(zhǔn)確的科學(xué)原理，并提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平.

1.3 科學(xué)論證能力

科學(xué)論證是相較于推理而言更高一階的學(xué)習(xí)能力.強(qiáng)調(diào)學(xué)生在遇到科學(xué)問題的過程中，能夠根據(jù)不同的學(xué)習(xí)需求來搜集資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、整理結(jié)果、對(duì)比分析，從而最終構(gòu)成一個(gè)完整的證據(jù)鏈條，能夠?qū)κ挛锉澈筇N(yùn)含的科學(xué)規(guī)律做出準(zhǔn)確判斷.

以人教版高一物理必修第三冊(cè)“磁場(chǎng) 磁感線”為例，關(guān)于“磁場(chǎng)”的知識(shí)雖然能夠在很大程度上參照“電場(chǎng)”，但是學(xué)生對(duì)教材核心概念的理解依舊相對(duì)抽象，無法準(zhǔn)確把握其中的物理規(guī)律.為此在教學(xué)過程中，教師可以要求學(xué)生自主展開實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，嘗試通過科學(xué)的手段驗(yàn)證“磁場(chǎng)”的存在，并能夠準(zhǔn)確把握其分布規(guī)律.如此不僅能夠在學(xué)生腦海中形成清晰的科學(xué)印象，同時(shí)也幫助學(xué)生掌握了探索物質(zhì)事物的重要方法.

1.4 質(zhì)疑創(chuàng)新能力

物理學(xué)是在不斷地假設(shè)、質(zhì)疑、批判以及創(chuàng)新中發(fā)展起來的一門學(xué)科.在歷史中，很多物理學(xué)家都是在不斷地質(zhì)疑驗(yàn)證中才掌握了事物本質(zhì)規(guī)律，因此“質(zhì)疑”是塑造學(xué)生良好科學(xué)思維的關(guān)鍵一環(huán).在日常教學(xué)過程中，高中物理教師需要為學(xué)生構(gòu)建和諧的課堂氛圍，同時(shí)通過在課堂中巧妙地設(shè)疑、留白，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使其能夠主動(dòng)對(duì)事物提出新的觀點(diǎn)，并在學(xué)習(xí)中進(jìn)行不斷創(chuàng)新[2].

例如，教師在課堂中可以通過一些趣味小實(shí)驗(yàn)的方式，來吸引學(xué)生對(duì)各種神奇物理現(xiàn)象的關(guān)注.同時(shí)在這一過程中鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)提出疑問，并與教師相互討論實(shí)驗(yàn)隱含的科學(xué)原理，從而使學(xué)生能夠在解決問題過程中不斷活化思維，并激發(fā)對(duì)未知事物的探索欲望，以此培養(yǎng)高中生良好的科學(xué)思維.

2 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的有效途徑

2.1 聯(lián)系現(xiàn)實(shí)情境，加強(qiáng)認(rèn)知引領(lǐng)

學(xué)生思維能力的發(fā)展，離不開大量認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的支持.只有如此才能夠引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理與現(xiàn)實(shí)生活之間的聯(lián)系，從而促使學(xué)生能夠立足學(xué)科構(gòu)建抽象出具體的知識(shí)模型.為此在實(shí)踐教學(xué)過程中，高中物理教師可以采用情境構(gòu)建的方式，為學(xué)生引入與知識(shí)相關(guān)的現(xiàn)實(shí)生活資源.

以人教版高一物理必修第一冊(cè)“質(zhì)點(diǎn) 參考系”一課為例，在正式展開教學(xué)之前，教師可以為學(xué)生呈現(xiàn)一段多媒體視頻：在一輛飛馳的高鐵列車上，窗外成行的綠植不斷從車窗的左側(cè)消失.教師要求學(xué)生在看完這段10 s的視頻之后，討論視頻中的列車應(yīng)該是向哪一個(gè)方向在移動(dòng)？通過這樣的形式，教師可以有效喚醒學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，使其將以往沒有關(guān)注過的事物現(xiàn)象快速回憶起來，并聯(lián)系本堂課知識(shí)來對(duì)事物進(jìn)行探索.如此才能夠在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，并引導(dǎo)學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)來認(rèn)知更多事物.

2.2 基于概念論證，培養(yǎng)辨識(shí)能力

物理概念凝聚著學(xué)科思想、規(guī)律以及關(guān)鍵的學(xué)習(xí)方法，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要素材之一.教師通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理概念進(jìn)行驗(yàn)證推導(dǎo)，不僅能夠進(jìn)一步加深學(xué)生的知識(shí)印象，而且也能夠呈現(xiàn)不同知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系.學(xué)生通過自主推理分析的方式獲得新的學(xué)習(xí)收獲，進(jìn)而在這一過程中有效提高對(duì)事物的辨識(shí)能力.為此在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師需要改變學(xué)生以往死記硬背的概念學(xué)習(xí)方式，而是引領(lǐng)學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)重塑，以此有效深化學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)[3].

例如在人教版高一物理必修第一冊(cè)“速度變化快慢的描述——加速度”一課中，為了能夠進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確地用“加速度”描述生活中的速度變化現(xiàn)象，可以圍繞本章節(jié)核心概念為學(xué)生設(shè)置一項(xiàng)課堂探究情境：三名學(xué)生同時(shí)騎車出發(fā)：A學(xué)生的速度在2 s內(nèi)從0提高到了10 m/s；B學(xué)生的速度在2 s內(nèi)從0提高到了5 m/s；C通學(xué)生的速度在5 s內(nèi)從0提高到10 m/s.請(qǐng)按加速度從大到小的順序?qū)@三名學(xué)生進(jìn)行排序.學(xué)生在討論這一問題的過程中，不僅能夠聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象進(jìn)一步掌握“加速度”概念的本質(zhì)內(nèi)涵，同時(shí)也逐漸改變了對(duì)于事物的既有認(rèn)知，使其能夠利用物理概念更好地詮釋事物發(fā)展規(guī)律.

2.3 采用問題驅(qū)動(dòng)，發(fā)展邏輯思維

“問題”是師生進(jìn)行課堂互動(dòng)的關(guān)鍵途徑，而學(xué)生科學(xué)思維的成長(zhǎng)，也通常源自對(duì)問題的深入思考.因此，教師在課堂中可以采用問題驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維引領(lǐng)，并借助層層遞進(jìn)的提問線索，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)層次不斷向更深處進(jìn)行蔓延.

以高三物理選擇性必修第三冊(cè)“液體”為例，在進(jìn)行有關(guān)“液體的表面張力”這一知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)時(shí)，教師可以采用問題驅(qū)動(dòng)的方式為學(xué)生建立學(xué)習(xí)框架，并指出明確的學(xué)習(xí)發(fā)展路徑：

問題1：觀察常規(guī)狀態(tài)下的液體，其表面具有哪些特點(diǎn)？

問題2：根據(jù)液體表面的特征，能夠說明其受到了哪些力的影響？

問題3：嘗試提高液體溫度，觀察這一過程中會(huì)發(fā)生哪些現(xiàn)象？嘗試從分子運(yùn)動(dòng)角度來解釋這一原理.

問題4：根據(jù)以上線索，分析液體表面張力會(huì)受到哪些因素的影響？

2.4 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)感悟

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途徑之一，其不僅能夠幫助學(xué)生掌握相關(guān)的物理概念，同時(shí)也能夠引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)行質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)推理以及實(shí)踐論證.從而有效提高了學(xué)生的科學(xué)思維能力，并使學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度.為此在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師可以采用“自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)”的方式，引導(dǎo)學(xué)生自主對(duì)知識(shí)進(jìn)行探究，并總結(jié)其中豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以此有效加強(qiáng)學(xué)習(xí)感悟[4].

例如在人教版高一物理必修第一冊(cè)“摩擦力”一課中，為了進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本章節(jié)知識(shí)的理解程度，教師可以要求學(xué)生根據(jù)教材中關(guān)于“動(dòng)摩擦因素μ”的描述，嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用于計(jì)算不同問題的動(dòng)摩擦因素.在這一過程中，學(xué)生可以根據(jù)自身對(duì)知識(shí)的理解選擇相應(yīng)的工具、材料以及場(chǎng)地，同時(shí)采用書面描述的形式呈現(xiàn)自身的實(shí)驗(yàn)思路.教師在對(duì)學(xué)生方案進(jìn)行指導(dǎo)優(yōu)化之后，即可要求學(xué)生展開實(shí)踐.

2.5 開發(fā)課后活動(dòng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神

“興趣”是激發(fā)學(xué)生思維活性的關(guān)鍵要素.因此教師在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的過程中，還需要主動(dòng)從興趣培養(yǎng)入手，引導(dǎo)學(xué)生了解物質(zhì)知識(shí)蘊(yùn)含的豐富趣味.如此才能夠促使學(xué)生主動(dòng)通過物理視角去看待各類事物，有效提升科學(xué)思維能力.

以高二物理選擇性必修第二冊(cè)“傳感器”為例，在引導(dǎo)學(xué)生深入了解了傳感器的工作原理之后，教師可以為學(xué)生布置課后探索項(xiàng)目：要求學(xué)生自主搜集有關(guān)傳感器的應(yīng)用案例，隨后結(jié)合自身對(duì)本堂課的知識(shí)理解進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)，嘗試將生活中的常見物品改造成“人工智能”，以此培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的科學(xué)思維.

3 結(jié)束語

綜上所述，本文對(duì)高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有效措施展開了深入分析.強(qiáng)調(diào)教師重視學(xué)生科學(xué)思維的形成經(jīng)過，并以此為主線對(duì)學(xué)生展開系統(tǒng)教學(xué)，從而能夠有效促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，落實(shí)核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo).

參考文獻(xiàn)：

[1]馬煒，趙惠松，嚴(yán)云佳.基于科學(xué)思維發(fā)展的高中物理探究型課堂教學(xué)設(shè)計(jì)：以“太陽與行星間的引力”為例[J]. 中學(xué)物理（高中版），2020，38（6）：34-37.

[2] 李志剛，梁吉峰，田成良.注重科學(xué)思維考查提升物理核心素養(yǎng)：以2020年新課標(biāo)Ⅰ卷第25題電場(chǎng)壓軸題的剖析為例[J].中學(xué)物理（高中版），2020，38（8）：52-54.

[3] 劉健智，胡雪妍.基于物理核心素養(yǎng)的高中物理教材與課程標(biāo)準(zhǔn)的一致性研究：以2019年人教版必修1為例[J].物理教師，2022，43（7）：2-8，12.

[4] 張雪，張靜，李雅蘭.面向物理觀念和科學(xué)思維整合發(fā)展的教學(xué)探索：以高中“液體的表面張力”為例[J].物理教師，2021，42（7）：9-11，15.

［責(zé)任編輯：李璟］